Donut Lab veröffentlicht zweite Testreihe zu umstrittener Feststoffbatterie

Auch die zweite Testreihe wurde von dem staatlichen finnischen Institut VTT durchgeführt. Der „Donut Lab Solid-State Battery V1 High Temperature Performance Test“ ist die zweite Veröffentlichung von VTT zu der Feststoff-Batteriezelle von Donut Lab, um mit unabhängigen Untersuchungen die Eigenschaften der Zelle zu validieren. Donut Lab hatte im Januar auf der CES die angeblich serienreife Feststoffzelle vorgestellt, außer wenigen Eckdaten aber keine weiteren Informationen zu dem angeblichen Durchbruch in der Batteriebranche genannt. Das geschieht jetzt über die eigens inszenierte „I Donut Believe“-Kampagne mittels der Tests von VTT.

Blicken wir zunächst auf den Aufbau der Testreihe zum Verhalten der Zelle bei hohen Temperaturen und die Ergebnisse. Eine Zelle von Donut Lab mit 26 Ah Nominal-Kapazität und 94 Wh Nominal-Energiegehalt laut Datenblatt wurde in einer Testkammer vom Typ Weiss LabEvent T/110/40/3 mit einem Zelltester vom Modell PEC ACT0550 getestet. Anders als bei der ersten Testreihe, deren Ergebnisse in der vergangenen Woche vorgelegt wurden, hat VTT dieses Mal ein 2,4 Kilogramm schweres Stahl-Gewicht auf die Zelle gelegt, um mechanischen Druck zu erzeugen. Der für die Hoch-Temperaturtests wichtige Temperatursensor befand sich unten zwischen der Zelle und dem aus dem ersten Test bekannten Aluminium-Kühlkörper.

Für die Testreihe wurden insgesamt drei Lade-Entlade-Tests durchgeführt. Zunächst wurde die Zelle bei 20 Grad in der Testkammer (nach einer Stunde Wartezeit zum Temperaturangleich) konstant mit 24 Ampere geladen, bis 4,15 Volt Spannung erreicht waren. Dann ging der Ladevorgang mit 4,15 Volt weiter, bis die Stromstärke auf 1,2 Ampere oder 0,05 C gefallen war. Für den ersten Test wurde die Zelle dann nach einer Stunde mit 14 Ampere konstant entladen, bis die Spannung auf 2,7 Volt gefallen war. So konnte für diese Zelle eine Kapazität von 24,9 Ah ermittelt werden.

Donut Lab sieht Beleg für hohe Hitzebeständigkeit

Nachdem die Zelle mittels des gerade beschriebenen Standard-Verfahrens wieder komplett geladen war, wurde die Klimakammer auf 80 Grad erwärmt und zwei Stunden lang bei dieser Temperatur gehalten. Mit 80 Grad wurde die Zelle dann wieder mit 24 Ampere entladen (bis 2,7 Volt, um die Kapazität bei dieser Temperatur zu bestimmen). Nach einer Stunde bei 20 Grad wurde die Zelle erneut geladen und für eine Stunde so gehalten. Dann wurde als Referenz bei 20 Grad ein Entladevorgang mit 12 Ampere durchgeführt (bis 2,7 Volt Zellspannung). Für den dritten Test wurde eine voll geladene Zelle im gleichen Versuchsaufbau auf 100 Grad erhitzt und so für zwei Stunden gehalten, bevor sie wiederum mit 12 Ampere bis auf 2,7 Volt Zellspannung entladen wurde. Dann wurde die Temperatur auf 20 Grad gesenkt und nach einer Stunde die Zelle wieder komplett geladen. Die genauen Messwerte können Sie im unten verlinkten VTT-Report nachlesen.

„Unter den angegebenen Bedingungen wurde die Zelle bei +80 °C mit einem Strom von 24 A erfolgreich entladen und erreichte dabei eine Entladekapazität, die 110,5 % der anfänglichen Entladekapazität bei +20 °C mit dem gleichen Strom entsprach. Nach der Entladung konnte die Zelle normal geladen werden, und es wurden keine beobachtbaren Veränderungen festgestellt“, schreibt VTT zu den Ergebnissen. „Die Zelle wurde auch bei +100 °C mit einem Strom von 12 A entladen und erreichte dabei 107,1 % der Referenzentladekapazität, die bei +20 °C mit dem gleichen Strom gemessen wurde. Nach der Entladung konnte die Zelle normal geladen werden.“

„Die Prüfung, in der die Leistung der Batterie bei hohen Temperaturen gemessen wurde, hat gezeigt, dass die Donut-Batterie extrem hitzebeständig ist und bei hohen Temperaturen sogar eine noch bessere Leistung bietet“, teilt Donut Lab daher mit. „Die volle Kapazität der Batterie konnte sowohl bei 80 als auch bei 100 Grad Celsius mit hervorragenden Ergebnissen genutzt werden. Eine Entladung mit einer 1C-Entladerate bei 80 Grad und einer 0,5C-Entladerate bei 100 Grad war ohne jegliche Temperaturerhöhung möglich“, sagt Ville Piippo, CTO bei Donut Lab. „Die Batterieeigenschaften blieben auch bei 100 Grad unverändert, und nach dem Aufladen funktionierte sie einwandfrei, womit die überzeugende Performance der Donut-Batterie auch unter extrem heißen Bedingungen bestätigt wurde. Dies zeigt, dass die Batterie nicht nur in Bezug auf ihre Leistung, sondern auch hinsichtlich ihrer Sicherheit außergewöhnlich ist.“

Aber: VTT hält in dem Report fest, dass die Pouchzelle mit der Beschriftung DL2 (die Tests aus der ersten Veröffentlichung wurden mit der Zelle DL3 durchgeführt) nach dem 100-Grad-Test ihr Vakuum verloren hat. Was sonst wohl als Schaden gesehen werden würde, werten Donut Lab als Erfolg: „Die Batterie und ihre Aktivmaterialien waren auch dann noch voll funktionsfähig, als die Außenhülle der Zelle bei 100 Grad ihr Vakuum eingebüßt hatte.“

„Herkömmliche Lithium-Ionen-Batterien sind sehr hitzeempfindlich und ihre Obergrenze für die Betriebstemperatur liegt in der Regel bei etwa 60 bis 70 Grad Celsius. Bei hohen Temperaturen besteht ein erhöhtes Risiko für Schäden an den Batteriezellen, was ihre Lebensdauer verkürzt“, sagt CTO Piippo. „Zudem können hohe Temperaturen zu beschleunigten Reaktionen im Inneren der Zelle führen, und schlimmstenfalls steigt das Risiko eines thermischen Durchgehens erheblich. Bei der Donut-Batterie sieht bereits die Ausgangssituation ganz anders aus, denn sie enthält keine brennbaren flüssigen Elektrolyte, daher ist die maximale Betriebstemperatur höher.“

Das nächste Aber: Ob es sich bei der getesteten Zelle tatsächlich um eine Feststoffzelle ohne Lithium handelt, wird vom VTT nicht bestätigt. Im zweiten Bericht heißt es wie schon im ersten, dass man die Tests an einem „vom Kunden bereitgestellten Energiespeicher“ durchgeführt habe, „den der Kunde als Festkörperbatteriezelle identifizierte“.

Nach der Veröffentlichung der ersten Testreihe, die die Leistungsfähigkeit der Donut-Feststoffzelle belegen sollen, haben mehrere Experten jedoch die Behauptung, dass die Zelle ohne Lithium auskommt, öffentlich angezweifelt, da die Ladekurve und auch weitere Daten für Fachleute nahelegen, dass es sich doch um eine Lithium-Ionen-Zelle handelt. Auch die weiteren Ergebnisse wurden eher kritisch kommentiert, etwa von Batterieforscher Joachim Sann von der Universität Gießen im „Geladen“-Podcast. Sann hat in den von Donut vorgegebenen Testverfahren einige Punkte kritisiert, auch zur Bestimmung der Kapazität und den gewählten Temperaturen. Ein zweites Beispiel von unzähligen Reaktionen: Auch der englischsprachige Batterie-Youtuber und -Forscher Ryan Inis Hughes hat nach der Veröffentlichung der ersten Testreihe seine ursprüngliche Einschätzung zur Feststoffzelle von Donut Lab revidiert: Ging er nach seinen Recherchen im Januar noch davon aus, dass sämtliche Behauptungen von Donut Lab mit einem Prozent Wahrscheinlichkeit zutreffen, geht er anhand der Ergebnisse aus den ersten Tests von nur noch 0,1 Prozent aus.

Aktuell steht wohl nur eines fest: Auch in Reaktion auf die zweite Testreihe von Donut Lab werden die Diskussionen in der Fachwelt weitergehen. Klarheit werden vermutlich selbst sämtliche Veröffentlichungen von Donut Lab nicht bieten – sondern erst unabhängige Tests der Zellen, bei denen auch die Zellchemie überprüft wird.

Quelle: Info per E-Mail (Mitteilung), idonutbelieve.com, r2.dev (VTT-Bericht als PDF), youtube.com (Geladen-Podcast zur 1. Veröffentlichung), youtube.com (Hughes-Video zur 1. Veröffentlichung)